最近，一則關(guān)于蘋果將于2023年1月發(fā)布MR的報道再一次炒熱了市場對于AR、VR等頭戴式近眼顯示產(chǎn)品的關(guān)注度。2021年全球AR、VR等頭戴式設(shè)備的出貨量大約在1100萬臺，其中AR與VR的占比分別為1：9。但是，根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)和頭部企業(yè)的預(yù)測，未來這一占比會轉(zhuǎn)換成9：1。 也就是說，最終AR、MR、XR等虛擬內(nèi)容與現(xiàn)實世界融合的產(chǎn)品銷量要比全封閉、沉浸式的VR大很多。

隨著消費電子行業(yè)大幅調(diào)低了今年電視、智能手機和電腦的出貨預(yù)期，全球半導(dǎo)體行業(yè)似乎進入了下行周期。相反，基于AR、VR、MR、XR等頭戴式終端是人類繼電腦、手機之后日常使用的第三塊屏這一認(rèn)知，微軟、蘋果、臉書、谷歌等行業(yè)巨頭都在積極備戰(zhàn)近眼顯示市場。預(yù)計到2030年，AR、VR、MR、XR的年銷售量將達(dá)到今天智能手機的規(guī)模，相關(guān)近眼顯示芯片的年出貨量可能達(dá)到30億顆。因此，近眼顯示芯片成為今年投融資的風(fēng)口，多個初創(chuàng)企業(yè)近期宣布獲得了頭部創(chuàng)投機構(gòu)的投資。

事實上，我們至今仍未能在市面上看到一款令人完全滿意的近眼顯示芯片。未來誰能成為近眼顯示芯片的贏家，目前還有很大的不確定性。近眼顯示技術(shù)還在不斷演進當(dāng)中，很多技術(shù)難點還有待突破，那么哪一種技術(shù)路徑最終有可能勝出，下面我們給出一些粗淺的分析。

一、近眼顯示技術(shù)的演進：從LCOS到W OLED

早期的頭戴式設(shè)備中，大部分采用的是類似LCD顯示屏的LCOS的顯示技術(shù)。這一技術(shù)路徑的優(yōu)點是產(chǎn)品十分成熟，最主要的缺點是功耗大，每個LCOS屏的功耗在1瓦左右，而且散熱無法做到十分均勻，導(dǎo)致終端設(shè)備尺寸必然很大，當(dāng)然還有分辨率低等其他缺陷，這些問題既影響了續(xù)航時間，也導(dǎo)致用戶體驗感差，所以基本上處于被淘汰的狀況。

基于LCOS的頭戴式顯示終端

從2021年開始，基于白光加彩膜的OLED微顯示芯片（以下簡稱為W OLED）開始大量被主流的終端設(shè)備廠商采用，主要的供應(yīng)商索尼儼然成為行業(yè)的主導(dǎo)者。2021年索尼W OLED微顯示芯片的銷售規(guī)模接近8億美金，市場占比遠(yuǎn)超LCOS和其它技術(shù)路徑的芯片，據(jù)了解蘋果即將推出的MR眼鏡選定的也是索尼的W OLED芯片。

目前索尼的W OLED技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，功耗只有110毫瓦左右，亮度可以達(dá)到3000尼特。與LCOS相比，優(yōu)勢十分明顯，基本上滿足了VR的亮度和功耗需求。隨著市場對于近眼顯示產(chǎn)品的看好，京東方、視涯等紛紛開始投資建廠，進入W OLED微顯示芯片市場。

基于W OLED的VR終端

基于W OLED帶遮陽板的AR終端    

但是，現(xiàn)有的W OLED微顯示芯片仍然沒有達(dá)到整機廠商完全滿意的程度,特別是不滿足AR、MR應(yīng)用對亮度的要求。首先，白光加彩膜折射出RGB三色的技術(shù)路徑會導(dǎo)致發(fā)光亮度損失2/3。通常MR的亮度需求在5000尼特左右，AR因為需要考慮室外使用的場景，亮度要求在8000-1萬尼特。目前索尼的亮度指標(biāo)只能做到3000尼特，而國內(nèi)其他廠商亮度指標(biāo)更低。

在這種情況下，AR眼鏡需要配置遮陽板，導(dǎo)致了現(xiàn)實世界的目標(biāo)看不清楚，影響了用戶體驗。另外一個缺陷就是，壽命和穩(wěn)定性不夠。例如，在峰值亮度情況下，一般W OLED的壽命只有100小時左右。最后，W OLED微顯示芯片售價十分昂貴，基本上占到了整機成本的1/3。

白光+彩膜的W OLED的工作原理

二、Micro LED的困境：短期無法解決巨量轉(zhuǎn)移、色彩密度等問題

與全球大部分終端廠家轉(zhuǎn)向W OLED相比，國內(nèi)有少數(shù)AR開發(fā)商開始采用基于特殊發(fā)光襯底材料的Micro LED微顯示芯片，甚至有Micro LED供應(yīng)商稱之為AR的終極解決方案。Micro LED的確可以解決AR眼鏡中現(xiàn)有W OLED亮度不夠高和壽命不夠長的問題，比方說，國內(nèi)有的Micro LED芯片企業(yè)甚至可以將發(fā)光亮度做到殺傷性武器級別的300萬尼特的水準(zhǔn)。

但是，這些高亮度Micro LED微顯示芯片只能實現(xiàn)單色發(fā)光，在變換成RGB全彩色發(fā)光過程中，加大了功耗損失。如果要實現(xiàn)Micro LED的RGB三色獨立發(fā)光，在高密度的情況下，短時間內(nèi)無法解決巨量轉(zhuǎn)移的問題（設(shè)備和工藝挑戰(zhàn)的難度太大）。

在目前技術(shù)條件下，8000-1萬尼特的Micro LED微顯示芯片（單色混合成彩色）的功耗至少在600毫瓦以上，像素密度只能達(dá)到2000PPI。而AR、MR、XR、VR(并不需要高亮度)的像素密度需求至少在4000PPI以上，未來甚至要求達(dá)到1萬PPI以上，才能實現(xiàn)4K-8K的顯示效果。很顯然，與已實現(xiàn)RGB全彩色發(fā)光、具有高密度、低功耗優(yōu)勢的W OLED技術(shù)相比，Micro LED要達(dá)到被主流頭戴設(shè)備終端廠商接受的程度，還有很漫長的道路要走。

      將巨量的LED芯片無偏差地放到電路矩陣中短時間還無法實現(xiàn)

三、新一代顯示技術(shù)：采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)的OLED

2022年5月，日本顯示（Japan Display，簡稱JDI）發(fā)布了基于半導(dǎo)體光刻的全新OLED技術(shù)路徑eLEAP，并稱之為“顯示技術(shù)的歷史性突破” 。與索尼采用的白光加彩膜的W OLED相比，eLEAP技術(shù)生產(chǎn)的OLED顯示器的開口率（透光區(qū)域與全部區(qū)域的比例）可以達(dá)到60%，而現(xiàn)有的W OLED產(chǎn)品的開口率約為28%。

這意味著可以在較低電流下驅(qū)動OLED顯示器，從而延長其使用壽命、提高效率并在需要時實現(xiàn)更高的峰值亮度。事實上，該技術(shù)路徑（Photolithography, 以下簡稱為P OLED）最初由歐洲的IMEC研究院提出，并于2017年就公開發(fā)布了相關(guān)研究報告。

JDI發(fā)布的W OLED的開口率與P OLED開口率的比較

不光是日本顯示（JDI），韓國三星和國內(nèi)的元禾（廣州）半導(dǎo)體等企業(yè)都在沿著IMEC提出的這一技術(shù)路徑開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。這一技術(shù)的特點是將半導(dǎo)體光刻工藝制程用于顯示芯片生產(chǎn)過程中，將OLED發(fā)光材料刻制到CMOS基板上。由于P OLED是RGB直接獨立發(fā)光，所以亮度大幅提升，而且功耗只有W OLED的1/3-1/2。以0.49英寸的為顯示芯片而言，發(fā)光亮度可以達(dá)到1萬尼特以上，而功耗在50毫瓦左右。

最關(guān)鍵的是，提升P OLED發(fā)光體的密度對半導(dǎo)體光刻技術(shù)而言完全不是問題，可以輕松實現(xiàn)2微米（Micro LED只能實現(xiàn)4-7微米）以下的像素尺寸，像素密度可以達(dá)到1萬PPI以上（目前手機的顯示屏的密度只有600PPI）。也就是說基于半導(dǎo)體光刻技術(shù)的P OLED微顯示芯片可以實現(xiàn)4K-8K、甚至更高的分辨率。有效解決了現(xiàn)行白光加彩膜的W OLED微顯示芯片亮度低、功耗高、壽命短、價格昂貴等痛點。

很顯然，如同JDI指出的，這種半導(dǎo)體光刻P OLED技術(shù)與傳統(tǒng)的LCOS、白光加彩膜的W OLED和Micro LED相比是新一代的顯示技術(shù)。由于中國公司很早參與了IMEC的技術(shù)路徑研究，所以這一技術(shù)中國和國外知名企業(yè)處于同一起跑線上，甚至有可能規(guī)?；慨a(chǎn)的速度要比國外更快。

四、透明直顯：未來的AR、VR近眼顯示技術(shù)的主賽道

目前，無論是Micro LED、W OLED還是P OLED都采用了硅基，所以成本依然很高，而且不可能做到透明。在AR應(yīng)用中，顯示芯片放置于邊框上時必然存在視線遮擋的問題（放置于鏡框側(cè)面會帶來視場角小、光效率低、厚度大等一系列問題），影響了用戶體驗。在VR應(yīng)用中，由于需要大尺寸硅基，即使是12英寸的晶圓，最終切割出來的芯片數(shù)量也有限，所以無法克服硅基帶來的昂貴成本的瓶頸。

硅基顯示屏必然導(dǎo)致AR眼鏡的視線遮擋

任何技術(shù)都會被超越，各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)載而已，不存在一種”終極解決方案“。即使是JDI等推出的最新一代的P OLED也有持續(xù)改進的地方。比方說，將現(xiàn)有的OLED材料改良成透明的發(fā)光材料，將CMOS基板換成透明的玻璃基板（這一技術(shù)稱之為Transparent OLED，以下簡稱為T OLED）。此外，先進的半導(dǎo)體光刻工藝制程不僅用于顯示芯片上，還可以用在微陣列透鏡制作過程中。

如果采用基于透明的發(fā)光材料和透明基板的T OLED技術(shù)，并與微陣列透鏡一起組成透明直顯的光學(xué)模組，這樣設(shè)計出的AR、VR眼鏡具有多重優(yōu)勢。比方說，在VR、MR應(yīng)用中可以享受大尺寸微顯示屏帶來的視覺盛宴；而在AR、XR應(yīng)用中，可以消除視線遮擋，獲得視覺效果更佳的用戶體驗感。

據(jù)了解，鴻海集團、元禾（廣州）半導(dǎo)體科技有限公司等晶圓級光學(xué)元件和微顯示屏廠商已經(jīng)在實現(xiàn)以上設(shè)想的過程當(dāng)中。未來已來，不久消費者將會體驗到一款玻璃鏡片上直接發(fā)光的無邊框AR眼鏡以及高分辨率兼大視場景角的VR眼鏡，到底是蘋果還是華為或者其他廠商最先推出這種顛覆性的“爆款“，我們拭目以待！

未來透明直顯AR眼鏡的示意圖

不同技術(shù)路徑的技術(shù)參數(shù)對比

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